DE3906861C2

DE3906861C2 -

Info

Publication number: DE3906861C2
Application number: DE19893906861
Authority: DE
Inventors: Norbert Dipl.-Ing. Bissinger (Fh), 7320 Goeppingen, De; Bruno 7732 Niedereschach De Ruf
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1988-03-04
Filing date: 1989-03-03
Publication date: 1991-08-08
Also published as: DE3906861A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Energieversorgungsein heit gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a power supply unit according to the preamble of claim 1.

Eine Vielzahl von Geräten mit niedriger Stromaufnahme, beispielsweise Vielfachmeßgeräte, elektronische Thermome ter, die im Haushalt, für Freizeitanwendungen, aber auch beruflich eingesetzt werden, benötigen zur Energieversor gung Batterien bzw. Akkumulatoren. Bei selten benutzten Geräten stellt sich dabei immer wieder das Problem, daß die eingesetzte Batterie durch Selbstentladung gerade dann entladen ist, wenn das Gerät benötigt wird. Auch der Ein satz von wiederaufladbaren Akkumulatoren hilft in der Regel nicht weiter, da auch derartige Akkumulatoren der Selbstentladung unterliegen und dann vor dem Einsatz erst längere Zeit aufgeladen werden müssen. Darüber hinaus ver kürzt sich die Lebensdauer von Akkumulatoren deutlich, wenn sie nicht richtig ge- bzw. entladen werden.A variety of low power devices, for example multimeter, electronic thermome ter that in the household, for leisure applications, but also used professionally, need for energy supply batteries or accumulators. When used rarely Devices always have the problem that the battery used by self-discharge just then is discharged when the device is needed. Even the one set of rechargeable batteries helps in the As a rule, do not continue, because such accumulators also Subject to self-discharge and then only before use need to be charged for a long time. In addition ver the lifespan of batteries is significantly reduced, if they are not properly loaded or unloaded.

Es sind zwar in der Vergangenheit die verschiedensten elektrischen Energieversorgungseinheiten vorgeschlagen worden, bei denen als Energiespeicher Federwerke und ins besondere auch Uhrwerke verwendet werden. Hierzu wird bsw. auch die DE-PS 3 02 213, 5 06 363, 7 30 683 und 8 46 428 verwiesen.In the past, they were the most varied electrical power supply units proposed have been used as energy storage springs and ins special movements are also used. This will bsw. also DE-PS 3 02 213, 5 06 363, 7 30 683 and 8 46 428 referred.

Aus der letztgenannten Patentschrift, von der bei der Formulierung des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ausgegangen worden ist, ist eine Energieversorgungseinheit mit einem als mechanisches Uhrwerk ausgebildeten aufziehbaren Federwerksspeicher bekannt, der einen Generator antreibt, dessen Ausgangs spannung an Ausgangsanschlüssen anliegt. Nachteilig bei dieser bekannten gattungsgemäßen Energieversorgungseinheit ist jedoch ihr vergleichsweise hoher Raumbedarf, da Uhr werk und Dynamo getrennt aufgebaut sind und lediglich in einer Wirkverbindung miteinander stehen.From the latter patent, of which at Formulation of the preamble of claim 1 has been a power supply unit with a designed as a mechanical clockwork windable spring mechanism known that drives a generator, the output voltage is present at output connections. A disadvantage of this known generic power supply unit however, their comparatively large space requirement is because of the clock factory and dynamo are built separately and only in have an active connection with each other.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsge mäße Energieversorgungseinheit derart weiterzubilden, daß sie eine vergleichsweise geringen Raumbedarf hat.The invention has for its object a genus moderate power supply unit such that it has a comparatively small space requirement.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist mit ihren Weiterbildungen in den Patentansprüchen gekennzeichnet.An inventive solution to this problem is with their Developments characterized in the claims.

Erfindungsgemäß weist die Energieversorgungseinheit einen Unruhschwinger des Uhrwerks auf, der als magnetisiertes Polrad eines Pendelgenerators ausgebildet ist.According to the invention, the energy supply unit has one Balance oscillator on the movement, which is called magnetized Pole wheel of a pendulum generator is formed.

Hierdurch erhält man einen kompakten Aufbau, ohne daß die Vorteile einer gattungsgemäßen Energieversorgungseinheit verlorengingen.This gives you a compact structure without the Advantages of a generic power supply unit got lost.

Insbesondere kann weiterhin als Federwerksspeicher ein handelsübliches mechanisches Uhrwerk verwendet werden, wie es preiswert als Massenartikel erhältlich ist. Da die erfindungsgemäßen Energieversor gungseinheit im Gegensatz zu bekannten Batterien bzw. Akkumulatoren keinen aufwendigen "Auslaufschutz" benötigt und nicht der Selbstentladung unterliegt, liegen ihre Herstell- und Betriebskosten je nach Typ des verwendeten Uhrwerks zum Teil sogar unter denen bekannter Akkumulato ren. Hierbei ist insbesondere zu berücksichtigen, daß kein besonders ganggenaues Uhrwerk verwendet werden muß, so daß auf billige Uhrwerke zurückgegriffen werden kann. In particular, can also be used as a spring mechanism memory commercially available mechanical clockwork can be used, such as it inexpensive as a bulk item is available. Since the energy supplier according to the invention supply unit in contrast to known batteries or Accumulators do not require complex "leakage protection" and are not subject to self-discharge, their are Manufacturing and operating costs depending on the type of used Movement partly even among those of well-known accumulators ren. It should be noted in particular that no particularly accurate clockwork must be used so that cheap watch movements can be used.

Dennoch ist selbst bei solcher Gangge nauigkeit die abgegebene Ausgangsspannung überraschend gleichmäßig, da erfin dungsgemäß die Drehzahl bzw. die Drehgeschwindigkeit, damit die EMK des Generators unmittelbar von der Bewegung der Unruh des Uhrwerks bestimmt ist.Still, even with such gangge accuracy the output voltage surprisingly even, since invented according to the speed or the rotational speed, so that the EMF of the generator directly from the movement of the Balance of the clockwork is determined.

Das erfindungsgemäß verwendete mechanische Uhrwerk kann beispielsweise gemäß Anspruch 3 ein Uhrwerk mit Handaufzug sein. Der Handaufzug kann beispielsweise durch einen "zu sätzlichen Aufziehschlüssel" (lose oder ausklappbar) oder insbesondere bei Energieversorgungseinheiten mit zylindri schen Außenabmessungen durch Verdrehen eines Zylinderteils gegen den anderen realisiert werden (Anspruch 4).The mechanical clockwork used according to the invention can for example according to claim 3, a clockwork with manual winding be. The manual wind can be closed, for example, by a " additional winding key "(loose or foldable) or especially for power supply units with cylindri outer dimensions by turning a cylinder part be realized against the other (claim 4).

Fernes ist es auch möglich, gemäß Anspruch 5, ein sogenann tes Automatikwerk zu verwenden, so daß der Federwerkspei cher durch Lageveränderung der Energieversorgungseinheit "aufgezogen" wird.It is also possible, according to claim 5, a so-called tes automatic movement to use, so that the Federwerkspei cher by changing the position of the power supply unit is "raised".

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungs beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher be schrieben, in der zeigen:The invention is based on execution examples with reference to the drawing wrote in the show:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer erfindungs gemäßen Energieversorgungseinheit, Fig. 1 is a schematic diagram of a power supply unit according to Inventive,

Fig. 2 und 3 verschiedene Möglichkeiten, einen Puffer speicher zu realisieren, und Fig. 2 and 3 different ways to realize a buffer memory, and

Fig. 4 bis 6 Ausbildungen des erfindungsgemäßen Gene rators. Fig. 4 to 6 training of the generator according to the invention.

Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild einer erfindungsge mäßen Energieversorgungseinheit. Ein mechanisches Uhrwerk, das schematisch als Pendel 1 dargestellt ist, treibt einen Generator 2, dessen Ausgangsklemmen über eine Diode 3 und einen als Zwischenspeicher geschalteten Kondensator 4 mit Ausgangsanschlüssen 5 verbunden sind. Die Ausgangsan schlüsse 5 sind normgerecht in ein Gehäuse eingebaut, dessen Außenabmessungen mit den Außenabmessungen einer Norm-Batterie bzw. eines Norm-Akkumulators, beispielsweise einer 1,5-V-Batterie übereinstimmen. Dabei sind der Gene rator 2 sowie die nachgeschalteten Bauelemente 3 und 4 so ausgelegt, daß die an den Anschlüssen 5 anstehende Gleich spannung mit der Ausgangsspannung der Batterie überein stimmt, die durch die erfindungsgemäße Energieversorgungs einheit ersetzt werden sollen. Fig. 1 shows a schematic diagram of a power supply unit according to the invention. A mechanical clockwork, which is shown schematically as a pendulum 1 , drives a generator 2 , the output terminals of which are connected to output terminals 5 via a diode 3 and a capacitor 4 connected as a buffer. The output connections 5 are installed in accordance with standards in a housing, the outer dimensions of which correspond to the outer dimensions of a standard battery or a standard accumulator, for example a 1.5 V battery. The generator 2 and the downstream components 3 and 4 are designed in such a way that the pending DC voltage at the terminals 5 matches the output voltage of the battery, which are to be replaced by the power supply unit according to the invention.

Der Kondensator 4 dient einerseits zum Glätten der Aus gangsspannung des Generators 2 und andererseits als Puf ferspeicher.The capacitor 4 serves on the one hand to smooth the output voltage from the generator 2 and on the other hand as a buffer storage.

Die Fig. 2 und 3 zeigen verschiedene Möglichkeiten, den Pufferspeicher zu laden. Mit 2 ist wieder der Generator bezeichnet, der schematisch als bewegter Magnet 2′ mit einem Nordpol N und einem Südpol S, der in eine Spule 2′′ eine Spannung induziert, dargestellt ist. 3′ bzw. 3′′ be zeichnen Dioden. Die Diode 3′ ist bei dem in Fig. 2 dar gestellten Ausführungsbeispiel so geschaltet, daß über sie ein einziger Kondensator 4′ mit lediglich einer "Halb welle" des Generators 2 aufgeladen wird. Figs. 2 and 3 show different ways to load the buffer memory. With 2 again the generator is referred to, which is shown schematically as a moving magnet 2 'with a north pole N and a south pole S, which induces a voltage in a coil 2 ''. 3 ' and 3'' be diodes. The diode 3 'is in the embodiment shown in Fig. 2 is connected so that a single capacitor 4 ' is charged with only a "half-wave" of the generator 2 .

Die in Fig. 3 dargestellte Schaltung ist eine Spannungs vervielfacherschaltung. Es sind auch Mehrweggleichrichter schaltungen denkbar oder der Generator kann mit einem Kollektor versehen sein oder er kann auch nur Wechsel strom, je nach dem was der Verbraucher fordert, liefern.The circuit shown in Fig. 3 is a voltage multiplier circuit. There are also multi-way rectifier circuits conceivable or the generator can be provided with a collector or it can also supply only alternating current, depending on what the consumer demands.

Die Fig. 4 bis 6 zeigen verschiedene Ausführungsformen sehr flach und klein bauender Generatoren, die sich damit in besonderem Maße zur Verwendung in erfindungsgemäßen Energieversorgungseinheiten eignen. FIGS. 4 to 6 show various embodiments of very flat and small build construction generators, therefore making them particularly suitable for use in the inventive power supply units.

Fig. 4a zeigt einen Generator 2, mit einem eisenlosen Glockenankerläufer in verbackener Kreuzwickeltechnik. Der Generator weist eine Spule 10 auf, deren Windungslagen in Fig. 4b dargestellt sind. Diese Spule 10 wird beispielsweise in Richtung eines Pfeils 11 im Magnet feld eines feststehenden Polrades 12 bewegt. Ein ringför miges Element 13 stellt den magnetischen Rückschluß her. Fig. 4a shows a generator 2 , with an ironless bell armature in baked cross-winding technology. The generator has a coil 10 , the winding layers of which are shown in FIG. 4b. This coil 10 is moved for example in the direction of an arrow 11 in the magnetic field of a fixed magnet wheel 12 . A ringför shaped element 13 produces the magnetic yoke.

Durch die Dreh- und Pendelbewegung der Spule 10 wird eine Wechselspannung an den Anschlüssen induziert, die in der vorstehend beschriebenen Weise über die Diode 3 und den Kondensator 4 an die Ausgangsanschlüsse 5 angelegt wird.The rotary and oscillating movement of the coil 10 induces an alternating voltage at the connections, which is applied to the output connections 5 via the diode 3 and the capacitor 4 in the manner described above.

Die Fig. 5a und b zeigen eine weitere Ausführungsform für einen Generator in Flachbauweise. Der Generator weist eine als Scheibenläufer ausgebildete Drehspule 14 auf, die im Magnetfeld zweier Magneten 15 und 16, die in einem Gehäuse 17 angeordnet sind, schwingt bzw. sich dreht. FIGS. 5a and b show a further embodiment for a generator in a flat manner. The generator has a rotating coil 14 designed as a disc rotor, which oscillates or rotates in the magnetic field of two magnets 15 and 16 , which are arranged in a housing 17 .

Fig. 6 zeigt als dritte exemplarische Ausführungsform einen Generator 2 mit einem Pendelmagnet 20, der im Mag netfeld von Polschuhen 21 von Induktionsspulen 22 pendelt bzw. sich dreht. Das Gehäuse 23 dient wiederum zur Ab schirmung und zur Herstellung des magnetischen Rückschlus ses. Fig. 6 shows a third exemplary embodiment of a generator 2 with a pendulum magnet 20 which oscillates in the magnetic field of pole pieces 21 of induction coils 22 or rotates. The housing 23 in turn serves for shielding and for producing the magnetic yoke ses.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen für Genera toren eignen sich insbesondere bei Verwendung mit Seltene- Erde-Magneten zum Einbau auch in kleine Batterietypen.The above-described embodiments for genera gates are particularly suitable when used with rare Earth magnets for installation in small battery types.

Abweichend von erörterten Ausführungsbeispielen kann die Anordnung von Spulen und Magneten vertauscht sein und die vorstehenden Überlegungen sind nicht auf bestimmte Baufor men von Batterien bzw. wiederaufladbaren Akkumulatoren beschränkt. Die Energieversorgungseinheit kann beliebige Bauformen haben.Deviating from the exemplary embodiments discussed the arrangement of coils and magnets can be exchanged and the above considerations are not specific to construction of batteries or rechargeable batteries limited. The power supply unit can have any design.

Claims

1. Power supply unit with a trained as a mechanical clockwork spring mechanism memory that drives a Ge nerator, the output voltage is connected to the output connections, characterized in that the balance oscillator of the clockwork is designed as a magnetized magnet wheel of a pendulum generator.

2. Power supply unit according to claim 1, characterized in that the unit is modular and the standard dimensions and standard connections of a mono cell, a battery or a small accumulator points so that they can be used instead of this in devices is.

3. Power supply unit according to claim 1 or 2, characterized in that the mechanical clockwork Hand-wound spring mechanism.

4. Power supply unit according to claim 3, characterized in that the elevator in the outer contour the power supply unit is integrated.

5. Power supply unit according to claim 1 or 2, characterized in that the mechanical clockwork so-called automatic movement that is due to change in position is windable.

6. Power supply unit according to one of claims 1 to 5, characterized in that at a as a coil ( 10, 14 ) ausgebil Deten magnet wheel at least two serving as a lead springs, which are the balance springs are provided.